PENGEMBANGAN HIDROLISIS ENZIMATIS BIOMASSA JERAMI PADI UNTUK PRODUKSI BIOETANOL

Simposium Nasional RAPI VIII 2009

ISSN : 1412-9612

PENGEMBANGAN HIDROLISIS ENZIMATIS BIOMASSA JERAMI PADI UNTUK PRODUKSI BIOETANOL M. Endy Yulianto1, Diyono I2, Indah Hartati3, Rustam Santiko N.1, Fiqih Putri J. 1 1

Jurusan Teknik Kimia PSD III Teknik, UNDIP Semarang 2 Jurusan Teknik Kimia, UNDIP Semarang 3 Jurusan Teknik Kimia, UNWAHAS Semarang Jl. Prof Sudarto SH, Pedalangan Tembalang, Semarang 50239 e-mail : [email protected]

Abstrak Kegiatan manusia dalam kehidupan modern telah mengganggu komposisi udara yang menyebabkan masalah-masalah lingkungan yang cukup serius, seperti hujan asam dan pemanasan global. Karbon dioksida (CO2) merupakan suatu gas rumah kaca, yang jumlahnya di udara telah meningkat sekitar 30% akibat dari kegiatan manusia sejak awal revolusi industri. Beberapa kegiatan, khususnya penggunaan bahan bakar fosil, telah menyebabkan kenaikan konsentrasi CO2 dan gas rumah kaca yang lain di udara. Salah satu usaha memperkecil masalah tersebut adalah dengan penggunaan biofuel etanol sebagai pengganti bahan bakar fosil. Bioetanol dapat mengurangi emisi gas karbon dioksida, dan proses fotosintesis pada produksi biomassa akan menyerap gas karbon dioksida yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil. Hidrolisa selulosa jerami padi untuk produksi bioetanol secara enzimatis memiliki beberapa keuntungan, yakni konversi lebih tinggi, menghasilkan produk samping yang minimal, kebutuhan energi lebih rendah dan kondisi operasi yang relatif lebih rendah. Tujuan penelitian adalah mengkaji dan menentukan kondisi optimum reaksi hidrolisa jerami padi menggunakan Trichoderma reseei untuk produksi bioetanol. Studi optimisasi dilakukan dengan menggunakan faktorial design 2n. Parameter-parameter yang diteliti meliputi: rasio enzim-substrat, rasio jerami padi-air, pH reaksi dan waktu reaksi. Dari tiap variabel dianalisis yield glukosa baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Penentuan variabel yang berpengaruh dapat menggunakan normal probability plot, setelah dilakukan perhitungan main efek dan perhitungan interaksi. Variabel proses yang berpengaruh terhadap reaksi hidrolisa jerami padi secara enzimatis adalah pH dan rasio enzim-substrat. Kondisi optimum dicapai pada rasio enzim-substrat 1:1,4 dengan perolehan glukosa sebesar 18,001%. Sedangkan kondisi optimum pH, perolehan glukosa terbesar dicapai pada pH 4,2. Kata kunci: bioetan; biomassa; enzimatis Pendahuluan Kegiatan manusia dalam kehidupan modern telah mengganggu komposisi udara yang menyebabkan masalahmasalah lingkungan yang cukup serius, seperti hujan asam dan pemanasan global. Karbon dioksida (CO2) merupakan suatu gas rumah kaca, yang jumlahnya di udara telah meningkat sekitar 30% akibat dari kegiatan manusia sejak awal revolusi industri. Beberapa kegiatan, khususnya penggunaan bahan bakar fosil, telah menyebabkan kenaikan konsentrasi CO2 dan gas rumah kaca yang lain di udara. Salah satu usaha memperkecil masalah tersebut adalah dengan penggunaan biofuel etanol sebagai pengganti bahan bakar fosil. Bioetanol dapat mengurangi emisi gas karbon dioksida, dan proses fotosintesis pada produksi biomassa akan menyerap gas karbon dioksida yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil (DOE, 2006). Selain menyangkut isu lingkungan hidup, Seiring dengan semakin meningkatnya kebutuhan minyak dan ketersediaan minyak yang terbatas, maka untuk memenuhi kebutuhan minyak dalam negeri Indonesia harus mengimpor minyak Dengan meningkatnya import minyak dan harga minyak dunia, diperkirakan biaya yang harus ditanggung pemerintah Indonesia dalam pengadaan minyak dalam negeri akan semakin meningkat pula. Oleh karena itu perlu dipertimbangkan penggunaan sumber energi lain selain minyak. Bioetanol merupakan salah satu alternatif sumber energi yang dapat mengurangi tekanan akibat tingginya harga minyak dunia. Produksi etanol nasional pada tahun 2006 mencapai 200 juta liter. Kebutuhan etanol nasional pada tahun 2007 diperkirakan mencapai 900 juta kiloliter (Surendro, 2006). Saat ini bioetanol diproduksi dari tetes tebu, singkong maupun dari jagung. Salah satu alternatif bahan baku pembuatan bioetanol adalah biomassa berselulosa. Biomassa berselulosa merupakan sumber daya alam yang berlimpah dan murah yang memiliki potensi mendukung produksi komersial industri bahan bakar seperti etanol dan butanol. Selain dikonversi menjadi biofuel, biomassa

K-66

Simposium Nasional RAPI VIII 2009

ISSN : 1412-9612

berselulosa juga dapat mendukung produksi komersial industri kimia seperti asam organik, aseton atau gliserol (Wymann, 2002). Biomassa berselulosa diantaranya diperoleh dari limbah pertanian, limbah perkebunan, limbah kehutanan, limbah padat kertas dan beberapa limbah industri. Salah satu limbah pertanian di Indonesia yang belum dimanfaatkan adalah limbah tanaman padi (jerami). Jerami adalah tanaman padi yang telah diambil buahnya (gabahnya), sehingga tinggal batang dan daunnya yang merupakan limbah pertanian terbesar serta belum sepenuhnya dimanfaatkan karena adanya faktor teknis dan ekonomis. Pada sebagian petani, jerami sering digunakan sebagai mulsa pada saat menanam palawija. Hanya sebagian kecil petani menggunakan jerami sebagai pakan ternak alternatif di kala musim kering karena sulitnya mendapatkan hijauan. Di lain pihak jerami sebagai limbah pertanian, sering menjadi permasalahan bagi petani, sehingga sering di bakar untuk mengatasi masalah tersebut. Produksi jerami padi dapat mencapai 12 - 15 ton per hektar per panen, bervariasi tergantung pada lokasi dan jenis varietas tanaman padi yang digunakan. Produksi padi nasional mencapai 54,75 juta ton pertahun pada tahun 2006, meningkat sebesar 1,11% dibandingkan produksi padi tahun 2005. Peningkatan produksi padi juga diiringi peningkatan limbah jerami padi (Berita Resmi Statistik, 2006). Biomassa berselulosa terbentuk dari tiga komponen utama yakni selulosa, hemiselulosa dan lignin. Selulosa merupakan komponen utama yang terkandung dalam dinding sel tumbuhan dan mendominasi hingga 50% berat kering tumbuhan. Jerami padi diketahui memiliki kandungan selulosa yang tinggi, mencapai 34.2% berat kering, 24.5% hemiselulosa dan kandungan lignin hingga 23.4%. Komposisi kimia limbah pertanian maupun limbah kayu tergantung pada spesies tanaman, umur tanaman, kondisi lingkungan tempat tumbuh dan langkah pemprosesan. Perbandingan komposisi kimia beberapa biomassa disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi kimia berbagai biomassa Biomassa Selulosa(% b/b) Hemiselulosa (% b/b) 49.9 20.4 Kayu poplar Jerami padi 34.2 24.5 Switchgrass 31.0 24.4 Sumber Wyman dkk, 1996

Lignin (% b/b) 18.1 23.4 17.6

Struktur biomassa berselulosa merupakan struktur yang kompleks. Oleh karenanya, biomassa berselulosa merupakan material yang lebih sulit didegradasi dan dikonversi dibandingkan material berbahan dasar dari starch. Konversi enzimatis biomassa berselulosa menjadi bioetanol melibatkan tiga langkah dasar yakni proses pretreatment, proses hidrolisa dan proses fermentasi. Proses pretreatment bertujuan mempermudah akses enzim selulase untuk menghidrolisa selulosa menjadi monomer-monomer gula. Proses hidrolisa untuk memproduksi monomer-monomer gula dari selulosa dan hemiselulosa dapat berlangsung melalui proses hidrolisa asam maupun melalui hidrolisa enzimatis. Hidrolisa asam dibedakan menjadi dua proses yaitu Dilute Acid Hydrolysis dan Concentrated Acid Hydrolysis. Dilute Acid Hydrolysis (DAH) merupakan teknologi tertua yang digunakan untuk menghidrolisa selulosa. Proses DAH melibatkan larutan asam sulfat 1% dalam reaktor kontinyu yang beroperasi pada suhu tinggi, 250 0C. Konversi dari proses tersebut hanya 50 %. Concentrated Acid Hydrolysis menggunakan asam sulfat konsentrat dan dilanjutkan dengan pelarutan dalam air untuk melarutkan dan menghidrolisa selulosa menjadi gula. Hidrolisa selulosa secara enzimatis memiliki potensi untuk meningkatkan efisiensi, konversi dan produktifitas. Hidrolisa selulosa secara enzimatis melibatkan beberapa enzim yang berbeda. Enzim yang disekresi dari filamentous fungi Trichordema reseei dapat mengkonversi biomassa menjadi gula (Hayn,1993). Penelitian mengenai hidrolisa biomassa secara enzimatis telah dilakukan oleh beberapa peneliti, diantaranya hidrolisa berbahan baku limbah kayu softwood (Wingren, 2003), jerami gandum (Shcmitd, 1998) dan pinus. Yield yang diperoleh dari hidrolisa biomassa terutama dipengaruhi oleh jenis bahan baku (Palonen, 2004). Hidrolisa selulosa secara enzimatis memiliki beberapa keuntungan, yakni konversi lebih tinggi, menghasilkan produk samping yang minimal, kebutuhan energi lebih rendah dan kondisi operasi yang relatif lebih rendah. Proses enzimatis merupakan proses bersih lingkungan. Dengan menggunakan bahan baku terbarukan (renewable raw material) yang ekonomis dari limbah pertanian untuk proses produksi bioetanol dapat memberikan nilai tambah bagi petani. Saat ini, hidrolisa enzimatis merupakan teknologi yang sangat menjanjikan guna mengkonversi biomassa menjadi gula untuk selanjutnya dikonversi menjadi bioetanol. Hidrolisa sellulosa secara enzimatis merupakan suatu kasus khusus dalam bidang enzimologi karena substrat berada dalam fasa padat sehingga hidrolisa berlangsung pada fasa padat. Penelitian-penelitian yang berkaitan dengan produksi bioetanol dari berbagai biomassa terus dikembangkan, baik penelitian yang berkaitan dengan enzim yang digunakan maupun penelitian yang berkaitan dengan sumber bahan baku. Hingga kini belum ada penelitian yang berkaitan dengan pemanfaatan jerami padi sebagai bahan baku pembuatan bioetanol sehingga variabel berpengaruh pada proses hidrolisa serta kondisi optimum proses hidrolisa jerami padi belum dapat ditentukan. Hidrolisa sellulosa secara enzimatis dipengaruhi beberapa variabel yakni rasio enzim-substrat, rasio

K-67

Simposium Nasional RAPI VIII 2009

ISSN : 1412-9612

jerami padi-air, temperatur, pH reaksi dan waktu reaksi. Dengan menggunakan metode factorial design, variabel yang paling berpengaruh terhadap proses hidrolisa dapat diketahui, sehingga setelah variabel berpengaruh diketahui. Optimasi terhadap variabel proses dapat dilakukan untuk mendapatkan kondisi optimum proses hidrolisa jerami padi. Glukosa hasil hidrolisa jerami padi secara enzimatis selanjutnya difermentasi untuk menghasilkan bioetanol. Adapun kondisi operasi yang dipilih pada proses fermentasi adalah kondisi operasi optimum berdasar beberapa hasil penelitian terdahulu (Okunowo 2007; Prasetyaningsih , 2007). Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji dan menentukan kondisi optimum reaksi hidrolisa jerami padi menggunakan Trichoderma reseei untuk produksi bioetanol. Bahan dan Metode Penelitian Penelitian tentang pembuatan bioetanol melalui hidrolisa trigliserida enzimatis dari jerami padi dalam bioreaktor hidrolisis enzimatis akan diinvestigasi baik secara eksperimen maupun pemodelan. Rangkaian penelitian akan dilaksanakan secara bertahap meliputi: optimisasi parameter-parameter proses hidrolisa sellulosa menjadi glukosa, penyusunan model matematis secara regresi pada kondisi optimum dan fermentasi glukosa menjadi bioetanol. Bahan Penelitian Bahan utama untuk penelitian berupa jerami padi diperoleh dari area penghasil padi di Kecamatan Gunungpati. Bahan-bahan kimia untuk keperluan analisa diperoleh dari PT. Bratachem Semarang. Bahan-bahan kimia tersebut adalah: buffer acetate, trichordema reseei, bovin serum slbumin, asam sulfat, demin water, glukosa anhidrid, sacharomices cereviceae, fehling A dan B, NaOH, H2SO4, metilen blue, KH2PO4, MgSO4. 7 H2O, (NH4)2SO4, NaHCO3 dan metanol teknis.

Gambar 1. Rangkaian alat bioreaktor hidrolisis enzimatis Alat Penelitian

Beberapa alat yang digunakan untuk percobaan dan sebagai pendukung terutama untuk keperluan analisa adalah: fluidised sand bath reactor, digester, buret, dengan volume 10 ml dan skala 0,02, piknometer, dengan volume 5 ml, erlenmeyer, dengan volume 250 ml, beaker glass, dengan volume 500 ml dan 100 ml, gelas ukur, dengan volume 10 ml, skala 0,01 dan volume 25, skala 0,1, orbital shaker bath dan auotoclave. Variabel Percobaan Variabel-variabel percobaan dalam reaksi hidrolisa selulosa secara enzimatis adalah rasio enzim-substrat, rasio jerami padi-air, pH reaksi dan waktu reaksi. Batas atas dan batas bawah untuk masing masing variabel disajikan pada Tabel 2. Adapun tetapan pada percobaan pertama adalah: Konsentrasi larutan sulfat = 1% Volume buffer = 50 ml Suhu pretreatment = 1400C Waktu pretreatment = 40 menit Waktu preinkubasi = 10 menit

K-68

Simposium Nasional RAPI VIII 2009

ISSN : 1412-9612

Tabel 2. Data batas atas dan batas bawah experimental design Variable Batas bawah (-) Batas Atas (+) 1:1 1:1.75 Rasio enzim substrat 5% 2% Rasio limbah padi-air 7 hari 3 hari Waktu reaksi 5 4 pH reaksi Proses pretreatment Jerami padi dihancurkan dan digiling kemudian direndam dalam larutan asam sulfat 1% selama satu malam dengan konsentrasi 5% berat. Slurry hasil perendaman kemudian dimasukkan kedalam fluidised sand bath reaktor dan dipanaskan hingga 1400C selama 40 menit. Proses Hidrolisa Slurry hasil pretreatment dihidrolisa dengan rasio enzim-substrat, dan konsentrasi padatan sesuai variabel dalam 50 ml larutan buffer acetate. Larutan di preinkubasi pada suhu 500C didalam air menggunakan orbital shaker bath pada 150 rpm selama 10 menit. Enzim ditambahkan untuk memulai reaksi hidrolisis segera setelah proses aklimatisasi. Sampel diambil untuk dianalisa kadar glukosanya setiap 6 jam sekali. Rancangan Riset Riset yang akan dilakukan merupakan riset dengan rancangan eksperimen murni. Percobaan direncanakan dengan menggunakan faktorial design dengan ulangan 2 kali. Data yang diperoleh dianalisis dengan analisis varian menggunakan normal probability plot. Proses fermentasi Proses fermentasi dilakukan terhadap glukosa yang diperoleh dari optimasi parameter proses hidrolisa jerami padi secara enzimatis. Glukosa hasil hidrolisa yang telah dianalisa kadar glukosanya dikondisikan agar memiliki kadar glukosa sebesar 14%. Pasteurisasi untuk mensterilkan medium dilakukan dengan pemanasan uap pada suhu 750C kemudian didinginkan selama 1 jam hingga mencapai suhu ruang. Starter ditambahkan sebesar 12%. pH larutan dijaga 4.5. Fermentasi dilakukan selama 30 jam. Hasil fermentasi dianalisa total alkoholnya menggunakan metode spesifik gravimetri dan dianalisa kadar glukosanya. Kondisi operasi pada proses fermentasi merupakan kondisi yang relatif baik bagi proses fermentasi alkohol berdasar hasil penelitian beberapa peneliti (Okunowo 2007; Prasetyaningsih ,2007). Hasil dan Pembahasan Perbanyakan Fungi Trichordema reseei Fungi Trichordema reseei yang digunakan sebagai biokatalis proses hidrolisa selulosa diperbanyak dengan tujuan agar enzim selulase hasil sekresi dari Trichordema reseei dapat maksimal. Proses perbanyakan fungi diawali dengan penyiapan media. Media yang digunakan adalah PDA (agar dextrose). PDA yang digunakan di didihkan selama 15 menit. Selanjutnya media di letakkan pada petri dish yang telah disterilisasi dan didinginkan. Setelah media agar pada cawan petri dingin fungi Trichoderma sebanyak satu oase ditanam pada media. Selanjutnya cawan petri berisis fungi di masukkan ke dalam almari pendingin selama 2 hari. Isolasi Enzim Selulase pada Trichoderma reseei Proses isolasi enzim selulase dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi UNNES. Enzim selulase yang akan digunakan pada proses hidrolisa jerami diisolasi menggunakan larutan NaCl dengan tujuan untuk mengestrak selulase yang disekresi dari filamenteus fungi. Fungi Trichoderma reseei di tambah dengan 50 ml larutan NaCl 0.2 N. Larutan kemudian di centrifugasi pada suhu rendah dengan kecepatan 10.000 rpm selama 10 menit dengan tujuan untuk memisahkan fasa ekstrak dan fasa rafinat. Selanjutnya ekstrak yang berupa supernatan dipisah dari padatan. Supernatan yang mengandung enzim kemudian dipanaskan pada suhu rendah untuk memisahkan enzim dari air. Proses Pretreatment Percobaan pendahuluan dilakukan dengan proses pretreatment jerami padi menggunakan larutan asam sulfat (0.6-1.5%,b/b) yang dipanaskan dalam autoclave pada suhu 1210C selama 90 menit. Proses treatment bertujuan memecah ikatan antara lignin dan hemiselulosa. Hal ini dilakukan karena tanpa melalui proses treatment, enzim selulase tidak dapat mengakses kedalam selulosa sehingga proses hidrolisa selulosa pada biomassa terhambat. Pernyataan ini sesuai Polanen, 2004 bahwa keberadaan lignin dan hemiselulosa akan mengurangi laju hidrolisa karena terjadi adsorbsi selulase terhadap lignin. Studi Experimental Design Studi experimental design dilakukan untuk mengetahui variabel yang paling berpengaruh pada proses hidrolisa selulosa menjadi glukosa secara enzimatik. Penentuan variabel berpengaruh dilakukan dengan melakukan tempuhan berdasar rancangan percobaan sesuai metoda factorial design. Tahap awal penggunaan metoda factorial design adalah menetapkan variabel bebas serta tetapan pada percobaan. Variabel bebas pada penelitian ini berdasarkan pada batas atas dan bawah.

K-69

Simposium Nasional RAPI VIII 2009

ISSN : 1412-9612

Tabel 3. Kadar Glukosa (%) Hasil Percobaan Faktor Run

Lambang

1 9

Y1 Y9

5 13 3 11 7

Y5 Y13 Y3 Y11 Y7

15

Y15

2

Y2

10

Y10

6

Y6

14

Y14

4

Y4

12

Y12

8

Y8

16

Y16

rasio enzimsubstrat 1:1 ( - ) 1:1.75 ( + ) 1:1 ( - ) 1:1.75 ( + ) 1:1 ( - ) 1:1.75 ( + ) 1:1 ( - ) 1:1.75 ( + ) 1:1 ( - ) 1:1.75 ( + ) 1:1 ( - ) 1:1.75 ( + ) 1:1 ( - ) 1:1.75 ( + ) 1:1 ( - ) 1:1.75 ( + )

rasio air-jerami padi 2% (-) 2% (-)

pH 4(-) 4(-)

Waktu reaksi 4( - ) 4( - )

5% ( + ) 5% ( + ) 2% (-) 2% (-) 5% ( + )

4(-) 4(-) 5(+) 5(+) 5(+)

4( - ) 4( - ) 4( - ) 4( - ) 4( - )

5% ( + )

5(+)

4( - )

2% (-)

4(-)

7(+)

2% (-)

4(-)

7(+)

5% ( + )

4(-)

7(+)

5% ( + )

4(-)

7(+)

2% (-)

5(+)

7(+)

2% (-)

5(+)

7(+)

5% ( + )

5(+)

7(+)

5% ( + )

5(+)

7(+)

Kadar Glukosa % 12.574 14.332 14.082 12.295 16.560 14.578 18.579 15.314 15.828 16.360 18.690 13.645 16.746 13.382 20.417 18.408

Data hasil percobaan berupa kadar glukosa (%) untuk masing-masing tempuhan tersaji pada Tabel 3. Analisa normal probability plot dilakukan, setelah perhitungan main efek dan perhitungan interaksi. Respon yang diperoleh dari perhitungan tersebut dianalisa nilai yang paling signifikan dan merupakan variabel yang paling berpengaruh terhadap percobaan. Tabel 4. Hasil Analisa Respon Terhadap Variabel Respon

Variabel

Analisa

14.332

A

-1.89525

14.082

B

1.38375

12.295

AB

-1.13125

16.560

AC

2.02225

14.578

C

-0.75975

18.579

BC

1.47925

15.314

ABC

1.14925

15.828

D

1.89525

16.360

AD

-0.57625

18.690

BD

0.82725

13.645

ABD

0.07575

16.746

CD

-0.91475

13.382

ACD

0.54475

20.417

BCD

0.65825

18.408

ABCD

0.3387

12.574

K-70

Simposium Nasional RAPI VIII 2009

ISSN : 1412-9612

A, adalah variabel rasio enzim–substrat ; B: variabel rasio jerami padi-air; C: variabel pH; dan D: variabel waktu. Tabel 4. hasil analisa respon terhadap variabel menunjukkan bahwa variabel AC mempunyai nilai yang paling signifikan sebesar 2,02225. Oleh karenanya dapat diambil suatu kesimpulan bahwa variabel A dan variabel C, merupakan faktor yang paling berpengaruh dalam percobaan ini. 18,500 18,000

K a d a rg lu k o s a(% )

17,500 17,000 16,500 16,000 15,500 15,000

y = -8 3 .6 9 x2 + 116 8 .3 x + 14 0 6 1

14,500

R 2 = 0 .9 8 3 6 14,000 13,500 1,00

0,91

0,83

0,77

0,71

0,67

0,63

0,59

Ras io e nzim -s ubs tr at

Gambar 2. Grafik hubungan antara rasio enzim-substrat terhadap kadar glukosa Optimasi Variabel Proses Rasio Enzim-Substrat Tahap selanjutnya adalah penentuan kondisi optimum untuk variabel proses rasio enzim-substrat. Optimasi kondisi proses dilakukan pada berbagai variabel proses rasio enzim-substrat dengan mengkondisikan pada pH 4. Perolehan kadar glukosa untuk delapan tempuhan tersaji pada Gambar 2. Hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin besar rasio enzim-substrat, semakin meningkat kadar glukosanya. Hal ini terjadi karena semakin besar rasio enzim-substrat menyebabkan tumbukan antar molekul-molekul reaktan dengan enzim meningkat, sehingga penyusupan molekul enzim ke dalam substrat lebih sering terjadi. Akan tetapi, peningkatan rasio enzim-substrat di atas 1:1,4, glukosa yang diperoleh relatif mendekati konstan. Hal ini terjadi, karena penurunan energi aktivasi reaksi hidrolisa relatif kecil. Kondisi optimum dicapai pada rasio enzim-substrat 1:1,4 dengan perolehan glukosa sebesar 18,001% dan model regresinya adalah:

y = −0,0837 x 2 + 1,1683 x + 14,061 . (1) Model matematis kuadratik ditentukan berdasarkan pada kecenderungan bentuk kurva dan kesalahan relatif tiap titik yang terkecil. Optimasi Variabel Proses pH Penentuan kondisi optimum untuk variabel proses pH dilakukan pada rasio enzim-substrat 1:1,4. Optimasi variabel proses dikondisikan pada berbagai rentang pH, yaitu antara 4 - 5. Gambar 3 menunjukkan bahwa perolehan glukosa terbesar dicapai pada pH 4,2 dengan persamaan model

y = −53,911x 2 − 400,8 x + 18659 (2) Hal tersebut menunjukkan bahwa aktivitas enzim selulase sangat sensitif terhadap pH. Namun demikian, samsuri, et al, 2007, menyatakan bahwa pH optimum untuk enzim selulase pada 4,8. 20,000 18,000

Kadar glukosa(%)

16,000 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000

y = -53.911x2 - 400.8x + 18659 R 2 = 0.9716

2,000 0 4,0

4,2

4,4

4,6

4,8

5,0

pH

Gambar 3. Grafik hubungan antara pH terhadap kadar glukosa

K-71

Simposium Nasional RAPI VIII 2009

ISSN : 1412-9612

Kesimpulan Variabel proses yang berpengaruh terhadap reaksi hidrolisa jerami padi secara enzimatis adalah pH dan rasio enzim-substrat. Kondisi optimum dicapai pada rasio enzim-substrat 1:1,4 dengan perolehan glukosa sebesar 18,001% dan model regresinya adalah:

y = −0,0837 x 2 + 1,1683 x + 14,061 (3) Sedangkan kondisi optimum pH, perolehan glukosa terbesar dicapai pada pH 4,2 dengan persamaan model

y = −53,911x 2 − 400,8 x + 18659 (4) Ucapan Terima Kasih Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan syukur Alhamdulillah kepada Allah SWT serta terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Balitbang Jateng atas dukungan dana dalam kegiatan Penelitian RUD.

Daftar Pustaka Antongiovanni,M.,1983,” Variability in Chemical Composition of Straw” CIHEAM, Options Mediterraneennes Berita Resmi Statistik,2006,” Produksi Jagung, Padi dan Kedelai”, Berita Resmi Statistik Volome 35/IX Bjerre AB, Olesen AB, 1996,Pretreatment of Wheat Straw Using Combined Wet Oxidation and Alkaline Hydrolysis Resulting in Convertible Cellulose and Hemicellulose, Biotechnol Bioeng 49 Bin yang, Wyman. E, 2005, ” BSA Treatment to Enhance Enzymatic Hydrolisis of Cellulose in Lignin Containing Substrat” Biotechnology and Bioengineering Journal Vol 94 No 4 jully Willey Interscience DOE, 2006,” A Reswearch Roadmap to Resulting from Biomass To Biofuels Workshop” Office of Science, Marryland Erickson K, 1990” Microbial and Enzymatic Degradation of Wood” Springer Berlin Glasneer David, 1999, ” Corn Stover Potential” ASHS Press, Alexandria ,VA Grohman K, Torget R, 1985, ‘Optimization of Dilute Acid Pretreatment of Biomass”, Biotechnol.Bioeng.15 Hayn,M., Steiner W.,1993 ,” Basic Research and Pilot Studies on the Enzymatic Conversion of Lignocellulosic”, Bioconversion of Forest and Agricultural Plant Residues, Wallington, UK. IEA Energy Technology Essential, 2007,” Biofuel Production”, www.iea.org Johanessen R, 1991, “Energy Efficiency and Environmental News Alcohol Production from Biomass” , Florida Energy Extension news Kelly,C., 2007,” Enzymes in Hydrolysis and Pretreatment” OSU College of Engineering Ladish, M.R, Zeng M, 2005,” Microscopic Examination of Changes of Plant Cell Structure in Lignocellulosic Material Due to Hot Water Treatment and Enzymatic Hydrolisis” Lynd L.R., 1996, “Overview and Evaluation of fuel Ethanol from Cellulosic biomass” Annu Rev energy Environment Media Pertanian; 2003, “ Pengembangan Padi Hibrida Terbuka Lebar”, Situs Hijau Media Pertanian Online. Okunowo, Oluwanisula, 2007,” Quantitation of Alcohol in Wine”African Journal of Biochemistry. Palonen,H.,Tjerneld,F.,2004, Adsorbtion of purified Trichordema reseei cellulases and their catalytic domain to steam pretreatment softwood and isolated lignin, J Biotechnology 107

K-72

Simposium Nasional RAPI VIII 2009

ISSN : 1412-9612

Prasetyaningsih, E., 2007, “Industri Alkohol” E-Kuliah. Knowledge Collaborative Sharing Ramakrisna, 2007,” Technological Challenges in Bioethanol Production” Praj Industries Limited Samsuri, M., Mardias, R., Wijanarko, A., Gozan, M., 2007,”Produksi Bioetanol dari Bagas dengan Enzim Selulase”, Prosiding Seminar Nasional Rekayasa Kimia dan Proses, Undip Schmidt AS,1998, ”Optimization of Wet Oxidation Pretreatment of Wheat Straw” Biores.Technol . Suarna, E., Prospek dan Tantangan Pemanfaatan Biofuel Sebagai Sumber Energi Alternatif Pengganti Minyak di Indonesia”. Surendro,H., 2006,”Biofuel”, DJLPE ,Jakarta Wingren A, Galbe M., 2003 “ Techno Evaluation of Producing Etanol From Softwood” Biotechnol Journal. Wyman CE,2002, “Potential Synergies and Challenges in Refining Cellulosic Biomass to Fuels” Biotechnol Progress. Zanin,G.M., 2005, “Determination of Inhibition in the Enzymatic Hydrolysis of Cellobiose Using Hybrid Neural Modelling” Brazillian Journal of Chemical Engineering Vol 22

K-73